[스프링 핵심 원리 - 기본편] 싱글톤 컨테이너 (싱글톤을 사용하는 이유)

Hyeonjun·2022년 8월 24일
Spring
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스프링 핵심 원리 - 기본편

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웹 애플리케이션과 싱글톤

  • 스프링은 태생이 기업용 온라인 서비스 기술을 지원하기 위해 탄생했다.
  • 대부분의 스프링 애플리케이션은 웹 애플리케이션이다.
    • 물론 웹이 아닌 애플리케이션 개발도 얼마든지 할 수 있다.
  • 웹 애플리케이션은 보통 여러 고객이 동시에 요청을 한다.

  • 각각의 클라이언트에 서로 다른 인스턴스를 확인하게 됨.

SingletonTest

class SingletonTest {

    @Test
    @DisplayName("스프링 없는 순수한 DI 컨테이너의 문제점")
    void pureContainer() {
        AppConfig appConfig = new AppConfig();

        // 1. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = appConfig.memberService();

        // 2. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = appConfig.memberService();

        // 3. 참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
        System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

        // memberService1 != memberService2
        assertThat(memberService1).isNotSameAs(memberService2);
    }
}
  • 우리가 만들었던 스프링 없는 순수한 DI 컨테이너인 AppConfig는 요청을 할 때 마다 객체를 새로 생성한다.
  • 고객 트래픽이 초당 100이 나오면 초당 100개 객체가 생성되고 소멸된다!
    • 메모리 낭비가 심하다.
  • 해결방안은 해당 객체가 딱 1개만 생성되고, 공유하도록 설계하면 된다.
    • 싱글톤 패턴

싱글톤 패턴

  • 클래스의 인스턴스가 딱 1개만 생성되는 것을 보장하는 디자인 패턴이다.
    • 한 JVM 안에서 객체 인스턴스가 반드시 유일하도록 만드는 것.
  • 그래서 객체 인스턴스를 2개 이상 생성하지 못하도록 막아야 한다.
    • private 생성자를 사용해서 외부에서 임의로 new 키워드를 사용하지 못하도록 막아야 한다.

SingletonService

public class SingletonService {

    // static을 통해 단 하나만 등록된다.
    private static final SingletonService instance = new SingletonService();

    public static SingletonService getInstance() {
        return instance;
    }

		// 외부에서 사용할 수 없도록 막는다.
    private SingletonService() {}

    public void logic(){
        System.out.println("싱글톤 객체 로직 호출");
    }
}
  1. 자바가 실행될 때 static 영역에 SingletonService 인스턴스를 하나 생성함.
  2. 이 객체 인스턴스가 필요하면 오직 getInstance() 메서드를 통해서만 해당 객체를 가져올 수 있게 한다.
    • 이 메서드를 호출하면 항상 같은 인스턴스를 반환한다.
  3. 딱 하나의 객체 인스턴스만 존재해야 하므로 private 생성자를 만들어 외부에서 new 키워드로 객체 인스턴스를 만들지 못하게 한다.

SingletonServiceTest

class SingletonTest {

    @Test
    @DisplayName("싱글톤 패턴을 적용한 객체 사용")
    void singletonServiceTest() {
        SingletonService singletonService1 = SingletonService.getInstance();
        SingletonService singletonService2 = SingletonService.getInstance();

        assertThat(singletonService1).isSameAs(singletonService2);
    }
}
  • private으로 new 키워드를 막아두었다.
  • 호출할 때 마다 같은 객체 인스턴스를 반환하는 것을 확인할 수 있다.

싱글톤 패턴을 구현하는 방법은 여러가지가 있다.
여기서는 객체를 미리 생성해두는 가장 단순하고 안전한 방법을 선택했다.

싱글톤 패턴 문제점

싱글톤 패턴을 적용하면 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 사용할 수 있다. 하지만 싱글톤 패턴은 수 많은 문제점들을 가지고 있다.

  • 싱글톤 패턴을 구현하는 코드 자체가 많이 들어간다.
    • 인스턴스를 만들고… private 생성자 만들고…
  • 의존관계상 클라이언트가 구체 클래스에 의존한다.
    • DIP를 위반한다.
  • 클라이언트가 구체 클래스에 의존해서 OCP 원칙을 위반할 가능성이 높다.
  • 테스트하기 어렵다.
  • 내부 속성을 변경하거나 초기화하기 어렵다.
  • private 생성자로 자식 클래스를 만들기 어렵다.
  • 결론적으로 유연성이 떨어진다.
    • DI를 하기도 어려움
  • 안티 패턴으로 불리기도 한다.
    • 확실하게 단 하나의 인스턴스를 가지고 있다는 장점이 있지만, 이렇게 많은 단점이 있다.

싱글톤 컨테이너

스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴의 문제점을 해결하면서, 객체 인스턴스를 싱글톤(1개만 생성)으로 관리한다.
지금까지 우리가 학습한 스프링 빈이 바로 싱글톤으로 관리되는 빈이다.

싱글톤 컨테이너

  • 스프링 컨테이너는 싱글톤 패턴을 적용하지 않아도, 객체 인스턴스를 싱글톤으로 관리한다.
    • 이전에 설명한 컨테이너 생성 과정을 자세히 보자.
    • 컨테이너는 객체를 하나만 생성해서 관리한다.
    • 스프링 컨테이너가 처음 생성될 때, 스프링 빈 저장소에 각각의 메서드를 호출하여 빈 객체를 저장하여 사용한다. 2. 스프링 빈 등록
  • 스프링 컨테이너는 싱글톤 컨테이너 역할을 한다.
    • 이렇게 싱글톤 객체를 생성하고 관리하는 기능을 싱글톤 레지스트리라 한다.
  • 스프링 컨테이너의 이런 기능 덕분에 싱글톤 패턴의 모든 단점을 해결하면서 객체를 싱글톤으로 유지할 수 있다.
    • 싱글톤 패턴을 위한 지저분한 코드가 들어가지 않아도 된다.
    • DIP, OCP, 테스트, private 생성자로부터 자유롭게 싱글톤을 사용할 수 있다.

SpringContainer

class SingletonTest {

    @Test
    @DisplayName("스프링 컨테이너와 싱글톤")
    void springContainer() {
        AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(AppConfig.class);

        // 1. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService1 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        // 2. 조회: 호출할 때 마다 객체를 생성
        MemberService memberService2 = ac.getBean("memberService", MemberService.class);

        // 3. 참조값이 다른 것을 확인
        System.out.println("memberService1 = " + memberService1);
        System.out.println("memberService2 = " + memberService2);

        // memberService1 != memberService2
        assertThat(memberService1).isSameAs(memberService2);
    }
}

싱글톤 컨테이너 적용 후

  • 스프링 컨테이너 덕분에 고객의 요청이 올 때 마다 객체를 생성하는 것이 아니라, 이미 만들어진 객체를 공유해서 효율적으로 재사용할 수 있다.

스프링의 기본 빈 등록 방식은 싱글톤이지만, 싱글톤 방식만 지원하는 것은 아니다. 요청할 때 마다 새로운 객체를 생성해서 반환하는 기능도 제공한다.

싱글톤 방식의 주의점

  • 싱글톤 패턴이든, 스프링 같은 싱글톤 컨테이너를 사용하든, 객체 인스턴스 하나만 생성해서 공유하는 싱글톤 방식은 여러 클라이언트가 하나의 같은 객체 인스턴스를 공유하기 때문에 싱글톤 객체는 상태를 유지(stateful)하게 설계하면 안된다.
  • 무상태(stateless)로 설계해야 한다!
    • 특정 클라이언트에 의존적인 필드가 있으면 안된다.
    • 특정 클라이언트가 값을 변경할 수 있는 필드가 있으면 안된다.
    • 가급적 읽기만 가능해야 한다.
    • 필드 대신에 자바에서 공유되지 않는 지역변수, 파라미터, ThreadLocal 등을 사용해야 한다.
  • 스프링 빈의 필드에 공유 값을 설정하면 정말 큰 장애가 발생할 수 있다!!!!!!!!

StatefulService

public class StatefulService {

    private int price; // 상태를 유지하는 필드

    public void order(String name, int price) {
        System.out.println("name = " + name + " price = " + price);
        this.price = price; // 여기서 문제 발생!!
    }

    public int getPrice() {
        return price;
    }
}
  • 최대한 단순히 설명하기 위해, 실제 쓰레드는 사용하지 않았다.
  • ThreadA가 사용자A 코드를 호출하고 ThreadB가 사용자B 코드를 호출한다 가정하자.
  • StatusfulService의 price필드는 공유되는 필드인데, 특정 클라이언트가 값을 변경한다.
  • 사용자A의 주문 금액은 10000원이 되어야 하는데, 20000원이라는 결과가 나왔다.
  • 실무에서 이런 경우를 종종 보는데, 이로인해 정말 해결하기 어려운 큰 문제들이 터진다.
  • 진짜 공유필드는 조심해야 한다!
    • 스프링 빈은 항상 무상태(stateless)로 설계하자.
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